智能手機(jī)鍵盤控制器的實(shí)現(xiàn)方法介紹與比較
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圖5.通道1代表MAX7359“列”端口電壓，通道2代表MAX7359“行”端口電壓。
ESD保護(hù)和電容負(fù)載
連接到鍵盤的所有端口都暴露在ESD之下，有時(shí)需要達(dá)到15KV，因此需要靜電保護(hù)。MAX7347、MAX7348和MAX7359內(nèi)置±2kV ESD保護(hù)，MAX7360內(nèi)置±8kV ESD保護(hù)。外部ESD二極管用來配合內(nèi)部保護(hù)電路，共同提升防靜電等級(jí)。但ESD二極管增加了端口容性負(fù)載。
通過用互不相同的“按鍵按下”和“按鍵釋放”編碼，控制器可以識(shí)別同時(shí)發(fā)生的多個(gè)“按鍵按下”事件以及他們的順序。但是，在相應(yīng)的“行”“列”端口，容性負(fù)載會(huì)成倍增加。每個(gè)“列”端口由一個(gè)20μA、±30%的電流源驅(qū)動(dòng)。施加在“行”端口輸出晶體管柵極的正脈沖，將每“行”端口下拉到地。當(dāng)“行”端口處在地電位時(shí)，某“列”端口因?yàn)榘存I閉合而連通，也被下拉到地，由此檢測到一個(gè)按鍵按下的動(dòng)作。
正脈沖施加在“行”端口輸出晶體管柵極，并在稍后在開關(guān)的閉合點(diǎn)會(huì)有一個(gè)放電和充電過程。緊隨正脈沖之后，開關(guān)閉合點(diǎn)快速從0.5V放電到0.當(dāng)正脈沖消失，開關(guān)閉合點(diǎn)又被充電到0.5V，基于下面公式：
實(shí)際應(yīng)用電路中，“行”、“列”端口電容，包括外加的ESD保護(hù)二極管，都參與到充電過程。充電時(shí)間長于掃描周期時(shí)，有可能發(fā)生錯(cuò)誤的“按鍵按下”檢測。被誤檢的按鍵是當(dāng)前這個(gè)被按下的“列”與緊隨的下一個(gè)“行”掃描交叉的那個(gè)按鍵。
為了限制充電時(shí)間少于13μs同時(shí)預(yù)留2.625μs進(jìn)行按鍵檢測，并考慮電流源30%的誤差，根據(jù)下式，總電容應(yīng)該小于364pF：
每個(gè)端口的電容，包括外置ESD二極管引入的電容，應(yīng)該少于Cport= Ctotal/3 = 121pF，假設(shè)有兩個(gè)按鍵，shift和一個(gè)常用鍵被按下。上面的計(jì)算考慮了2行和1列端口的電容。當(dāng)端口電容為20pF時(shí)，允許外置電容是101pF.
上述計(jì)算方法只適用于被按下的按鍵屬于同一“列”的情況。對于經(jīng)常會(huì)同時(shí)按下鍵，如shift鍵，可以通過將其定義在獨(dú)立的“行”、“列”端口來避免端口疊加過多電容的問題。對于每“列”端口單獨(dú)按下的按鍵，端口允許的電容是：Cport= Ctotal/2 = 182pF.每個(gè)端口的電容是20pF，因此，外部器件的電容可以達(dá)到162pF.
結(jié)論
低EMI鍵盤控制器方案已經(jīng)在智能手機(jī)應(yīng)用中普遍得到認(rèn)可，相比傳統(tǒng)的鍵盤掃描方案，可以省去EMI濾波器。使用低EMI開關(guān)控制器能提升系統(tǒng)的整體性能并降低成本。負(fù)載電容的估算也適用于絕大多數(shù)手機(jī)硬件的鍵盤電路。但要避免使用負(fù)載電容很大的ESD外圍器件。
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